Файл: Electron_SE.pdf

346

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

çàáåçïå÷åííÿ íàä³éíîãî âèìèêàííÿ òèðèñòîð³â. Ââåäåííÿ â ñõåìó ³íâåðòîðà

âóçë³â ïðèìóñîâî¿ êîìóòàö³¿ ³ñòîòíî óñêëàäíþº àëãîðèòì ðîáîòè ïðèñòðîþ,

ï³äâèùóº éîãî âàðò³ñòü òà ãàáàðèòè, ³, ùî îñîáëèâî âàæëèâî, çíèæóº íàä³éí³ñòü.

Òîìó ñòâîðåí³ ó îñòàíí³ äåñÿòèë³òòÿ ïîâí³ñòþ êåðîâàí³ íàï³âïðîâ³ä-

íèêîâ³ ïðèëàäè íà âåëèê³ ñòðóì蠖 á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì

çàòâîðîì (IGBT- òðàíçèñòîðè), äâîîïåðàö³éí³ òèðèñòîðè òà ³í. – âèò³ñíÿþòü

ó ïðèñòðîÿõ ïåðåòâîðþâàëüíî¿ òåõí³êè îäíîîïåðàö³éí³ òèðèñòîðè. Îñîáëèâî

öå ïîêàçîâî ó ãàëóç³ ñòâîðåííÿ ³íâåðòîð³â íàïðóãè ðåãóëüîâàíî¿ ÷àñòîòè, äå

IGBT-òðàíçèñòîðè (ùî ìîæóòü ïðàöþâàòè íà ÷àñòîòàõ äî 200 êÃö) ìàéæå

âèò³ñíèëè òèðèñòîðè ç ¿õ ãðîì³çäêèìè âóçëàìè ïðèìóñîâî¿ êîìóòàö³¿ ³ íåîáõ³ä-

í³ñòþ âèêîðèñòàííÿ íèçüêî÷àñòîòíèõ ñèëîâèõ òðàíñôîðìàòîð³â.

Íà ðèñ. 11.6,à,á íàâåäåíî íàéðîçïîâñþäæåí³ø³ ñõåìè ìîñòîâèõ îäíîôàç-

íèõ ³íâåðòîð³â íàïðóãè, âèêîíàí³ íà îñíîâ³ âèùåâêàçàíèõ íîâ³òí³õ ïðèëàä³â.

Ïðè öüîìó ó ÿêîñò³ ïîâí³ñòþ êåðîâàíèõ ñèëîâèõ êëþ÷³â ó ñõåì³ ðèñ. 11.6,à

âèêîðèñòàíî á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ç ³çîëüîâàíèì çàòâîðîì VT1-VT4, à â

ñõåì³ ðèñ. 11.6,᠖ äâîîïåðàö³éí³ òèðèñòîðè VS1-VS4. Îñê³ëüêè ñõåìè ïðàöþ-

þòü ³äåíòè÷íî, ðîçãëÿíåìî ïðèíöèï ¿õíü䳿 íà ïðèêëàä³ ñõåìè ç ðèñ.11.6,à.

U

æ

+

-

VD1

VD2

C

i

a)

VT2

VT1

R

í

L

í

VT3

VT4

1

VD3

VD4

i

í

u

í

+

(+)

-

(

-

)

á

)

+

-

VD1

VS2

VS1

VD2

R

í

C

L

í

VS3

VS4

VD1

VD3

VD4

i

i

í

u

í

U

æ

Ðèñ. 11.6 – Îäíîôàçí³ ìîñòîâ³ ³íâåðòîðè íàïðóãè íà IGBT-òðàíçèñòîðàõ (à)

³ íà äâîîïåðàö³éíèõ òèðèñòîðàõ (á)

347

11. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ²ÍÂÅÐÒÎÐÈ, ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ×ÀÑÒÎÒÈ

Ïðè â³äêðèòèõ òðàíçèñòîðàõ VT1 ³ VT4 òà çàêðèòèõ VT2 ³ VT3 íàâàí-

òàæåííÿ (R

í 

, L

í

) ï³äìèêàºòüñÿ ë³âèì ê³íöåì äî ïîçèòèâíîãî ïîëþñà

íàïðóãè äæåðåëà æèâëåííÿ U

æ 

, à ïðàâè젖 äî íåãàòèâíîãî, ³ ñòðóì ³

í

ïðîò³êຠó íàïðÿìêó, âêàçàíîìó íà ðèñóíêó. ßêùî VT1 ³ VT4 çàêðèòè, à

VT2 ³ VT3 â³äêðèòè, òî íàïðóãà íà íàâàíòàæåíí³ çì³íèòü ñâîþ ïîëÿðí³ñòü,

à  ñòðóì  íàïðÿìîê.  Ïðè  àêòèâíîìó  íàâàíòàæåíí³  (çà  L

í 

=

0)  ñòðóì

íàâàíòàæåííÿ ³

í

  ïîâòîðþº çà ôîðìîþ íàïðóãó íà íàâàíòàæåíí³ u

í

.

Íà ðèñ. 11.7 øòðèõîâîþ ë³í³ºþ

ïîêàçàíî êðèâ³ ñòðóìó íàâàíòà-

æåííÿ ³

í 

òà âõ³äíîãî ñòðóìó ³í-

âåðòîðà  ³  ïðè L

í 

= 0 (çðîçóì³ëî,

ùî ñòðóì ³

í

  ³ íàïðóãà u

í

 ìàþòü

ïðè öüîìó ïðÿìîêóòíó ôîðìó).

Ïðè  àêòèâíî-³íäóêòèâíîìó

íàâàíòàæåíí³ (L

í

 > 0), ùî ðå-

àëüíî çàâæäè ìຠì³ñöå, ñòðóì

íàâàíòàæåííÿ 

/

í

i

 çì³íþºòüñÿ çà

åêñïîíåíö³àëüíèì  çàêîíîì  ç³

ñòàëîþ ÷àñó 

t

í

 = L

í 

/R

í

. Ïðè çà-

ïèðàíí³ VT1 ³ VT4 ó ìîìåíò t

2

,

íåçâàæàþ÷è íà íàäõîäæåííÿ íà

çàòâîðè VT2 ³ VT3 â³äêðèâàþ÷î¿

íàïðóãè êåðóâàííÿ, ÷åðåç çì³íó

ïîëÿðíîñò³ å.ð.ñ. ñàìî³íäóêö³¿ ³íäóêòèâíîñò³ L

í

 (âêàçàíà ó äóæêàõ) ñòðóì

íàâàíòàæåííÿ 

/

í

i

 áóäå ïðàãíóòè çáåðåãòè ñâî¿ çíà÷åííÿ ³ íàïðÿìîê. Äëÿ

òîãî, ùîá çàáåçïå÷èòè éîãî ïðîò³êàííÿ, âèêëþ÷àþ÷è ïðè öüîìó âèíèê-

íåííÿ ïåðåíàïðóã, òðàíçèñòîðè øóíòóþòü ä³îäàìè VD1-VD4. Òîä³ ñòðóì

íàâàíòàæåííÿ 

/

í

i

 íà ³íòåðâàë³ ÷àñó t

2 

< t < t

3

 ïðîò³êຠ÷åðåç ä³îäè VD2

³ VD3 ³ ïîâåðòຠ÷àñòèíó åíåð㳿, íàêîïè÷åíî¿ â ³íäóêòèâíîñò³ íàâàíòà-

æåííÿ, íàçàä ó äæåðåëî æèâëåííÿ.

Ó ìîìåíò ÷àñó t = t

3

 ñòðóì íàâàíòàæåííÿ 

/

í

i

 çíèæóºòüñÿ äî íóëÿ, à

ïðè t > t

3

 ïî÷èíຠïðîò³êàòè ó ïðîòèëåæíîìó íàïðÿìê󠖠÷åðåç òðàíçèñ-

òîðè VT2 ³ VT3, íà çàòâîðàõ ÿêèõ ïðîäîâæóº óòðèìóâàòèñü â³äêðèâàþ-

÷à íàïðóãà êåðóâàííÿ. Àíàëîã³÷íî íà ³íòåðâàë³ ÷àñó t

0 

< t < t

1

, òîáòî

ï³ñëÿ çàïèðàííÿ òðàíçèñòîð³â VT2 ³ VT3, ñòðóì íàâàíòàæåííÿ ïðîò³êàº

÷åðåç ä³îäè VD1 ³ VD4.

t

3

t

2

t

1

Ò

i

í

t

t

0

i'

í

L

í

=0

L

í 

>

 0

t

i

i'

L

í

>

 0

L

í

=0

u

í

Ðèñ. 11.7 – ×àñîâ³ ä³àãðàìè ðîáîòè

ìîñòîâîãî ³íâåðòîðà

348

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

Âèõ³äíà íàïðóãà ³íâåðòîðà ÷åðåç ìàëó òðèâàë³ñòü ïðîöåñ³â êîìó-

òàö³¿ (íàïðèêëàä, òðèâàë³ñòü ïðîöåñó çàïèðàííÿ òðàíçèñòîð³â ñêëà-

äຠìåíø ÿê 1 ìêñ, à äâîîïåðàö³éíèõ òèðèñòîð³â – äåñÿòêè ì³êðîñå-

êóíä) çà ôîðìîþ áëèçüêà äî ïðÿìîêóòíî¿ ³ íå çàëåæèòü â³ä ñòðóìó

íàâàíòàæåííÿ. Ó çâ’ÿçêó ç öèì çîâí³øíÿ (íàâàíòàæóâàëüíà) õàðàê-

òåðèñòèêà ³íâåðòîðà íàïðóãè U

í 

= f (I

í

) º ïðÿìîþ ë³í³ºþ ç äóæå ìà-

ëèì íàõèëîì.

Âõ³äíèé ñòðóì ³íâåðòîðà 

/

i

, ÿê ïîêàçàíî íà ðèñ.11.7, ïðè L

í 

>

0

ñòຠçíàêîçì³ííèì ÷åðåç ïåð³îäè÷íèé åíåðãîîáì³í ì³æ ëàíöþãîì

íàâàíòàæåííÿ ³ äæåðåëîì æèâëåííÿ: íà ³íòåðâàë³ ðîáîòè òðàíçèñ-

òîð³â åíåðã³ÿ ³ç äæåðåëà íàäõîäèòü ó íàâàíòàæåííÿ, à íà ³íòåðâàë³

ðîáîòè çâîðîòíèõ ä³îä³â åíåðã³ÿ, íàêîïè÷åíà â ³íäóêòèâíîñò³ íàâàí-

òàæåííÿ, ïîâåðòàºòüñÿ ó äæåðåëî. Íàÿâí³ñòü êîíäåíñàòîðà âåëèêî¿

ºìíîñò³ Ñ

1

, ùî øóíòóº äæåðåëî æèâëåííÿ, çàáåçïå÷óº êîìóòàö³þ

ñèëîâèõ êëþ÷³â ïðè íåçì³ííîìó çíà÷åíí³ íàïðóãè íà âõîä³ ³íâåðòîðà,

à òàêîæ çâîðîòíó ïðîâ³äí³ñòü ó äæåðåë³, ÿêùî ó ÿêîñò³ îñòàííüîãî

çàñòîñîâàíî âèïðÿìëÿ÷.

Çíàéäåìî ìàòåìàòè÷íèé âèðàç äëÿ ñòðóìó íàâàíòàæåííÿ. Êîíòóð

ñòðóìó 

í

i

 ì³ñòèòü ó ñîá³ U

æ 

, R

í

 òà L

í

. Îñê³ëüêè ñòðóì íàâàíòàæåííÿ

ñêëàäàºòüñÿ ç âèìóøåíî¿ ³ â³ëüíî¿ ñêëàäîâèõ, ìàºìî:

,

0

.

.

í

t

ñâ

í

ïð

í

í

Ae

I

i

i

i

τ

−

+

=

+

=

(11.20)

äå 

í

æ

R

U

I =

0

 – ñòðóì íàâàíòàæåííÿ ïðè t = 

¥

 (ó ðåæèì³, ùî âñòàíî-

âèâñÿ) àáî ïðè L

í

 = 0.

×åðåç òå, ùî íàïðóãà íà íàâàíòàæåíí³ ïåð³îäè÷íî ïîâòîðþºòüñÿ,

ìàºìî:

,

2

)

0

(

)

(

T

i

i

í

í

−

=

ùî äîçâîëÿº âèçíà÷èòè ñòàëó ³íòåãðóâàííÿ À.

ϳñëÿ ï³äñòàíîâêè (11.20) ó (11.21) òà ïåðåòâîðåíü îäåðæèìî

.

1

2

1

]

[

2

í

í

T

t

í

æ

í

e

e

R

U

³

τ

−

τ

−

+

−

=

(11.22)

349

11. ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀËÜͲ ÏÐÈÑÒÐί. ²ÍÂÅÐÒÎÐÈ, ÏÅÐÅÒÂÎÐÞÂÀײ ×ÀÑÒÎÒÈ

Ìàêñèìàëüíå çíà÷åííÿ ñòðóìó íàâàíòàæåííÿ çíàõîäèìî ç (11.22)

ïðè 

2

T

t =

:

.

)

1

(

)

1

(

2

2

í

í

T

í

T

æ

ím

e

R

e

U

I

τ

−

τ

−

+

−

=

                                      (11.23)

Äëÿ çàáåçïå÷åííÿ ðåãóëþâàííÿ çíà÷åííÿ âèõ³äíî¿ íàïðóãè â ³íâåðòî-

ðàõ íàïðóãè àáî çì³íþþòü çíà÷åííÿ íàïðóãè äæåðåëà æèâëåííÿ U

æ

,

àáî, ÿê ïðàâèëî, çì³íþþòü ôîðìó âèõ³äíî¿ íàïðóãè çà ðàõóíîê çì³ùåí-

íÿ ³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ òðàíçèñòîð³â VT3 ³ VT4 â³äíîñíî ³ìïóëüñ³â êå-

ðóâàííÿ òðàíçèñòîð³â VT1 ³ VT2 íà êóò êåðóâàííÿ 

a

. Â ðåçóëüòàò³ ó

êðèâî¿ u

í

(t) ç’ÿâëÿþòüñÿ ðåãóëüîâàí³ ïàóçè ì³æ ð³çíîïîëÿðíèìè ³ìïóëü-

ñàìè. Ïîðÿäîê ïîäà÷³ ³ìïóëüñ³â êåðóâàííÿ íà êëþ÷³ ³íâåðòîðà íàçè-

âàºòüñÿ àëãîðèòìîì êåðóâàííÿ. Àëãîðèòì êåðóâàííÿ ³ õàðàêòåð íà-

âàíòàæåííÿ  ³íâåðòîðà íàïðóãè âèçíà÷àþòü õàðàêòåð ³ òðèâàë³ñòü ðî-

áîòè êëþ÷³â – àëãîðèòì ïåðåìèêàííÿ.

Ó íàø ÷àñ øèðîêå çàñòîñóâàííÿ ì³êðîïðîöåñîðíèõ ïðèñòðî¿â ó ñèñòå-

ìàõ êåðóâàííÿ ³íâåðòîðàìè íàïðóãè äîçâîëÿº ðåàë³çóâàòè ïðàêòè÷íî

áóäü-ÿê³ àëãîðèòìè ïåðåìèêàííÿ, íàïðèêëàä, çàáåçïå÷óþ÷è ïðîò³êàííÿ

â íàâàíòàæåíí³ ñòðóìó ïðàêòè÷íî ñèíóñî¿äíî¿ ôîðìè çà ìîæëèâîñò³

ðåãóëþâàííÿ éîãî ÷àñòîòè ó øèðîêîìó ä³àïàçîí³.

Íà ðèñ. 11.8,à íàâåäåíî ñõåìó òðèôàçíîãî ³íâåðòîðà íàïðóãè. Ðîç-

ãëÿíåìî íàéïðîñò³øèé ðåæèì, êîëè êîæí³ äâà òðàíçèñòîðè îäí³º¿ ôàçè

â³äêðèâàþòüñÿ ïîïåðåì³ííî. ßêùî ââàæàòè ïîòåíö³àë íåãàòèâíîãî

ïîëþñà äæåðåëà æèâëåííÿ U

æ

  ð³âíèì íóëþ, òî ïîòåíö³àëè òî÷îê ñõå-

ìè À, Â ³ Ñ áóäóòü ïðèéìàòè çíà÷åííÿ àáî U

æ

, àáî 0. Íà ðèñ. 11.8,á

ïîêàçàí³ êðèâ³ çì³íè ïîòåíö³àë³â j

À

, j

Â

 ³ j

Ñ

. Çàçâè÷àé ó òðèôàçíèõ ñèñòå-

ìàõ âîíè çì³ùåí³ îäíà â³äíîñíî îäíî¿ íà 120 åëåêòðè÷íèõ ãðàäóñ³â. Äî

íàâàíòàæåííÿ ïðèêëàäåíà ë³í³éíà íàïðóãࠖ

u

À 

= j

À 

–

j

Â

,

ôîðìà ÿêî¿ òàêîæ íàâåäåíà íà ðèñ. 11.8,á.

Âèõ³äíà íàïðóãà òðèôàçíîãî ³íâåðòîðà (ë³í³éíà) ÿâëÿº ñîáîþ ó ðîçãëÿ-

íóòîìó ðåæèì³ çíàêîçì³íí³ ïðÿìîêóòí³ ³ìïóëüñè òðèâàë³ñòþ 120 åëåê-

òðè÷íèõ ãðàäóñ³â. Äëÿ çì³íè ôîðìè âèõ³äíî¿ íàïðóãè, à òàêîæ ¿¿ çíà÷åí-

íÿ çàñòîñîâóþòü ìåòîäè, ðîçãëÿíóò³ âèùå.

350

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

a)

Z

íÂ

Z

íÀ

U

æ

+

-

u

AB

A

Z

íÑ

C

B

U

æ

u

AB

t

t

t

t

ϕ

C

ϕ

B

ϕ

A

á)

Ðèñ. 11.8 – Òðèôàçíèé ³íâåðòîð íàïðóãè (à) òà ÷àñîâ³ ä³àãðàìè éîãî íàïðóã (á)

Ç îãëÿäó íà âàæëèâå ì³ñöå, ùî çàðàç çàéìàþòü àâòîíîìí³ ³íâåðòîðè

íàïðóãè ó ñèëîâ³é åëåêòðîí³ö³, îñîáëèâî ó ãàëóç³ ñòâîðåííÿ åëåêòðî-

ïðèâîä³â ³ç ðåãóëþâàííÿì øâèäêîñò³ îáåðòàííÿ àñèíõðîííèõ äâèãóí³â ç

êîðîòêîçàìêíåíèì ðîòîðîì, ââàæàºìî, ùî íàäàí³ ó äàíîìó ðîçä³ë³ êî-

ðîòê³ â³äîìîñò³ áóäóòü êîðèñí³ ÷èòà÷åâ³ ³ ñòàíóòü îñíîâîþ äëÿ á³ëüø

ãëèáîêîãî âèâ÷åííÿ öèõ ïåðñïåêòèâíèõ ïðèñòðî¿â, òåîð³ÿ ³ ñõåìîòåõí³-

êà ÿêèõ íåâïèííî ðîçâèâàþòüñÿ.